共和八年四月，西山“观星台”，地下三层“微观研究所”。
这里的空气带着一种特殊的洁净感，没有寻常实验室的烟火或机油味，只有淡淡的臭氧和蒸馏水的气息。研究所的墙壁和地面都铺设着白色瓷砖，照明来自镶嵌在天花板的无影灯，提供着均匀、稳定、无频闪的光线。与隔壁“深空研究所”监听宇宙的宏大不同，这里的研究指向截然相反的方向——物质无限小的深处。
最大的实验室内，林清源正站在一面巨大的黑板前。五十九岁的他头发已全白，脊背却依旧挺直，手持粉笔在黑板上快速书写。他的白大褂一尘不染，袖口挽起，露出因常年接触化学试剂而略显干燥的手。
黑板上已经写满了元素符号和原子量数据：
H (氢) = 1.008
He (氦) = 4.003
Li (锂) = 6.941
Be (铍) = 9.012
B (硼) = 10.811
C (碳) = 12.011
N (氮) = 14.007
O (氧) = 16.000
F (氟) = 19.000
Ne (氖) = 20.180
……
一直到最新发现的U (铀) = 238.029
六十七种已知元素，按原子量从小到大排列，形成了一条长长的一维列表。但林清源的目光并未停留在这份清单上，他正用红粉笔在一些元素间画线连接，试图寻找某种规律性的重复。
“先生，”他的助手——二十八岁的化学家杨维钧——递上一份刚刚出炉的实验报告，“氩气的光谱分析数据出来了，原子量测定为39.948，确实比钾的39.098略大。按原子量排序，它应该排在钾后面，但它的化学性质……”
“惰性，完全不反应，像氦和氖一样。”林清源接过报告，眉头紧锁，“如果按原子量机械排列，氩在钾后，但化学性质却与前面的氦、氖相似，与后面的钾、钙截然不同。这说明简单的原子量排序，无法完美反映元素性质的周期性。”
他放下粉笔，揉了揉太阳穴。三年前，陈默将一份名为“元素周期性假说”的提纲交给他，上面预言：如果按原子量排列元素，其化学性质会呈现周期性的重复。这三年里，林清源带领微观研究所的三十多名顶尖化学家、物理学家，对已知元素进行了史无前例的精确测定——从传统的重量法到新开发的光谱分析法，从电解分离到低温分馏，原子量的测量精度被提高到小数点后三位。
数据越精确，规律越明显，但也越凸显出异常——比如氩和钾的顺序问题。
“或许，原子量不是唯一的排序依据。”一个平静的声音从门口传来。
陈默走了进来，手中拿着一卷图纸。他没有打扰正在进行的实验，只是走到黑板前，审视着那些数据和连线。
“首席。”林清源和助手们纷纷致意。
“清源，你做得很好，数据已经足够丰富。”陈默展开手中的图纸，“但现在，我们需要跳出‘重量’思维，思考更本质的东西。”
图纸上画的不是元素列表，而是一个三维的螺旋结构，螺旋上分布着一个个小格子，每个格子标着元素符号。螺旋每绕一圈，性质相似的元素就会出现在同一垂直线上。
“这是……”林清源眼睛一亮。
“原子序数。”陈默用粉笔在黑板上写下这个词，“每个元素在周期表中的位置序号。我推测，这个序数对应着原子内部某种更基本的、决定化学性质的东西——可能是原子核所带的正电荷数，也可能是核外电子的数目。”
他顿了顿，看着周围那些年轻研究员困惑而好奇的脸，决定先给一个更直观的解释：“想象一下，每个原子就像一个微小的太阳系。原子核是太阳，带正电；电子是行星，带负电，围绕原子核旋转。化学性质，主要取决于最外层电子的数目和排布。而原子序数，很可能就等于原子核的正电荷数，也等于电子的总数。”
这个比喻让许多人的眼睛亮了起来。尽管“原子结构”的概念还只是假说，但它为元素周期提供了美妙的理论框架。
“如果原子序数才是根本，那么氩的原子序数应该比钾小，尽管原子量更大。”陈默在氩和钾之间画了一条线，“我们需要一种方法，直接或间接测定原子序数。”
杨维钧忍不住问：“可是首席，原子太小了，我们怎么知道它内部带多少电荷？”
陈默走到实验室另一侧，那里摆放着一台复杂的装置：一个玻璃真空管，两端连接着高压电源，管中有一片金属靶。这是阴极射线管的改进型，过去一年用于研究“电子”这种带负电的基本粒子。
“用α粒子。”陈默指着装置说，“我们已经知道，某些放射性元素（如镭）会自发辐射出带正电的α粒子。如果让一束α粒子轰击极薄的金箔，大部分会直线穿过，少数会发生大角度偏转——这说明原子内部有一个很小、很重、带正电的核心，也就是原子核。偏转的角度，与原子核的正电荷量有关。”
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